Avaliação da centrífuga rotarex na determinação do
teor de ligante e granulometria de diferentes
concretos asfál!cos
Centrifuge rotarex evalua on in content binder and granulometry determina on of
different asphalt concrete
Bruno César Silva Gonçalves1, Deividi da Silva Pereira2, Luciano Pivoto Specht3, Rinaldo José Barbosa Pinheiro4
1Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, brunocsg@live.com 2Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, dsp@ufsm.br 3Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, luspesht@ufsm.br 4Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, rinaldo@ufsm.br
Recebido:
18 de setembro de 2018
Aceito para publicação:
17 de abril de 2019
Publicado:
31 de agosto de 2020
Editor de área:
Jorge Barbosa Soares
RESUMO
O presente ar/go avaliou os procedimentos de determinação de teor de ligante e gra-nulometria de concretos asfál/cos, u/lizando o método de extração de ligante por cen-trifugação com o Rotarex. No estudo foram u/lizados: faixa B e C do DNIT; 6 diferentes rochas; 3 teores de ligante; CAP 50-70 e AMP 60/85-E-SBS e solvente tricloroe/leno, avaliando suas influências nos resultados. Desta maneira, obter o teor de ligante e a granulometria por meio de análise estaAs/ca: desvio padrão; erro absoluto e ANOVA. Nessa pesquisa, os teores de ligante ob/dos por intermádio da centrífuga revelaram uma baixa confiabilidade. Os valores de desvio padrão e erro absoluto médio extrapola-ram o limite de 0,3% de variação de teor de ligante do DNIT para produção de concretos asfál/cos, colocando em dúvida a centrífuga como metodologia a ser u/lizada em con-trole de produção e qualidade. O erro absoluto médio da obtenção de teor de ligante mostrou-se inversamente proporcional ao teor empregado na mistura, impossibilitando um fator de correção para calibração. Esses erros da centrífuga estão diretamente liga-dos à sua extração ineficiente do ligante asfál/co com uma alta sensibilidade liga-dos seus dados. A análise granulométrica foi igualmente influenciada pela extração incompleta do ligante pela centrífuga, onde o acúmulo de material fino junto ao ligante não extraído em peneiras mais grossas provocou distorções nas curvas granulométricas. Em várias misturas as curvas extrapolaram equivocadamente os limites de trabalho.
ABSTRACT
This ar cle evaluated the determina on of binder content and sieve analysis of asphalt mixtures, using the binder extrac on method by Rotarex centrifuga on. It was employed in this study two granulometric ranges, six different rocks, three binder contents, CAP 50-70 and PMB 60/85-E-SBS and solvent trichloroethylene, evalua ng their influence in the results of binder content and grada on through sta s cal analysis: standard
devia-on, absolute error and ANOVA. In this researching, the binder content obtained through centrifuga on showed a low liability. The values of standard devia on and absolute er-ror extrapolated the limit of 0.3% of DNIT binder content varia on for the produc on of asphal c concretes, ques oning the centrifuge as a methodology to be used in
produc-on and quality cproduc-ontrol. The mean absolute error of the binder cproduc-ontent showed to be inversely propor onal to the employed binder content itself, so it was not possible to achieve a calibra on factor. These uncertain es are connected to the inefficient asphalt extrac on and a high suscep bility data. The sieve analysis was equally influenced by an incomplete binder extrac on by centrifugal, which the fine material accumula on to the non-extracted binder caused distor ons to the granulometric analysis. In several mix-tures, the curves mistakenly extrapolated the limits of grading.
Palavras-chaves: Controle tecnológico. Misturas asfál/cas. Teor de ligante. Granulometria. Keywords: Quality assurance. Asphalt mixture. Asphalt content. Granulometric analysis. DOI:10.14295/transportes.v28i3.1841
1. INTRODUÇÃO
O concreto asfáltico passa por várias fases até a sua aplicação no trecho: projeto; caracterização dos materiais; produção; controle de qualidade; execução e controle de aceitação. O controle tecnológico está inserido dentro deste ciclo, desencadeando enorme importância. Ele não deve gerar dúvidas em seus valores, já que ele é quem dita à conformidade do pavimento com o seu projeto (Cominsky et al., 1998; Burati et al., 2003). Um equı́voco na fase de controle pode gerar dois erros: o primeiro ligado ao produtor, em caso de não aceitação de um material; e o segundo afeta diretamente os usuários da via, em caso de aceitação de um material fora dos limites de projeto (Yoder e Witczak, 1975).
Diversas são as consequências de falha no controle do processo construtivo: baixa estabili-dade, baixa resistência ao trincamento por fadiga, corrugação, deformações plásticas, desagre-gações, baixo atrito pneu/pavimento, oxidação acelerada e permeabilidade excessiva. Ainda, uma correta graduação do concreto asfáltico também garante a rigidez, durabilidade, trabalha-bilidade, resistência à fadiga e deformação permanente da mistura (Bernucci et al., 2006; Papa-giannakis e Masad, 2008; Harvey et al., 1995; Medina e Motta, 2015).
Existe uma grande di>iculdade de empreiteiros em manter sua produção próxima dos valores de projeto e, até mesmo, dentro dos limites de trabalho, onde surge a necessidade de um ade-quado controle de qualidade a garantir o sucesso de uma obra viária. A variabilidade das carac-terı́sticas dos insumos é esperada, além da variação na produção e no processo construtivo, por tanto, são estabelecidos limites de aceitação do concreto asfáltico (Yoder e Witczak, 1975; Co-minsky et al., 1998; Butts e Ksaibati, 2003; Nogueira, 2011).
Dentro do processo de controle de qualidade e aceitação, encontra-se a metodologia de ex-tração de ligante com solvente com a centrı́fuga Rotarex (DNER-ME 053/94). Essa, uma meto-dologia concebida para controle de teor de ligante de misturas asfálticas. Ela se coloca, atual-mente, num ponto de necessária revalidação de sua metodologia, visto os inúmeros avanços nas metodologias de dosagem e projeto de pavimentação no Brasil, como o MeDiNa. No inı́cio dos anos 1990, nos EUA foi desenvolvido o forno de ignição, com a >inalidade de acompanhar o Su-perpave. Assim, teriam uma metodologia aprimorada de dosagem seguida de um ensaio de ex-tração preciso e con>iável, visto que os ensaios de exex-tração de ligante à base de solventes já eram vistos como ultrapassados e pouco con>iáveis em diversos departamentos estaduais de trans-porte (Cipione et al., 1991; Cominsky et al., 1998; Collins-Garcia et al., 2000). Logo, esse avanço na dosagem brasileira de pavimentos deve ser acompanhado de uma metodologia de controle de teor de ligante condizente, justi>icando a pesquisa em mãos.
Os métodos de extração com solvente são métodos práticos utilizados há mais de um século, sendo mais comumente utilizados os métodos por centrifugação e por re>luxo (Brown et al., 1995). Os métodos são baseados na dissolução do ligante asfáltico da mistura asfáltica pela ação com solventes, retirando este resı́duo da mistura asfáltica por centrifugação, vácuo ou re->luxo. São muitas as desvantagens da utilização desses métodos devido à utilização de solventes, como apontado por Hall e Wilians (1998): ambientalmente hostis; di>iculdades devido à peri-culosidade de utilização (WHO, 1989); manuseio e armazenamento; perda de parcela de agre-gado mineral >ino durante a extração, acarretando em erros no teor de ligante e granulometria (Collins-Garcia et al., 2000).
No passado, vários solventes foram utilizados em procedimentos de extração. O dissulfeto de carbono e o benzeno foram muito utilizados como solventes na extração de asfalto. Porém, nas
décadas de 1950 e 1960 novos solventes clorados surgiram devido à sua toxicidade, surgindo um novo grupo: tricloroetileno; 1,1,1-tricloroetano e cloreto de metileno (Burr et al., 1990a). Estudos já foram realizados com o objetivo de procurar solventes alternativos, como o estudo de Collins-Garcia et al. (2000), além de pesquisas testando diversos solventes para recuperação do asfalto extraı́do para análise e comparando a e>icácia na extração. Dentre eles o tricloroeti-leno, tricloroetileno com adição de etanol, piridina, clorofórmio, tolueno, benzeno, tetracloreto de carbono, entre outros (Burr et al., 1990b; Cipione et al., 1991).
Atualmente, a ASTM D2172 indica os seguintes solventes: carbonato de amônio; diclorome-tano; brometo de n-propila e tricloroetileno. Com a proibição do 1,1,1-tricloroetano, o tricloroetileno tornou-se o mais popular e e>icaz desses solventes, fazendo parte da norma desde 1981. No entanto, sabe-se que esse pode causar desde dores de cabeça, tonturas, tremores, além de possuir potencial cancerı́geno conforme vários órgãos de saúde internacionais e norte americanos, que já trataram publicamente dos nı́veis de exposição desse solvente (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2014). Deve-se destacar ainda, que o benzeno e o tetracloreto de carbono são ainda pertencentes à DNER 053/94, porém não são mais utilizados e são vistos dentre os solventes de menor e>icácia na extração de asfalto em misturas asfálticas (Cipione et al., 1991).
Mesmo utilizando solventes de maior e>icácia, como o tricloroetileno com 15% de etanol e o propanol, ainda são encontrados resquı́cios de asfalto não extraı́do no agregado (Petersen et al., 1974, Petersen, 1982 e Cipione et al., 1991). A parcela de asfalto absorvido pelo agregado possui diferente composição do asfalto efetivo e é de di>icil extração (Traxler, 1967 e Plancher et al., 1977). Além disso, cada solvente tem uma predisposição a extrair certas parcelas desse asfalto absorvido, assim, não há um solvente 100% efetivo (Cipione et al., 1991).
A norma ASTM D2172 deixa claro, em nota, que os métodos de ensaio com solventes nela preconizados não possuem garantia de qualidade de seus resultados. Os desvios padrões e por-centagens de erro absoluto entre ensaios consecutivos são baseados nos dados históricos dis-ponibilizados pela AASHTO, para agências quali>icadas pela ASTM D3666. Os usuários da ASTM D2172 são advertidos de que mesmo credenciadas em conformidade com a ASTM D3666, agên-cias e laboratórios não possuem garantia de resultados con>iáveis com as extrações com sol-vente por saber-se da in>luência de operadores, manutenção do equipamentos e ine>iciência desses métodos (ASTM, 2017; Traxler, 1967; Petersen et al., 1974; Petersen, 1982; Petersen, 2000).
O presente artigo procurou avaliar os procedimentos de determinação de teor de ligante e granulometria de concretos asfálticos utilizando o método de centrifugação pelo Rotarex. Com os resultados de extração de ligante asfáltico foram avaliadas as in>luências de utilização de diferentes faixas granulométricas de concreto asfáltico, diferentes rochas, diferentes teores e diferentes ligantes nos resultados de obtenção de teor de ligante e granulometria.
2. METODOLOGIA
O planejamento da pesquisa consistiu em utilizar 6 rochas de diferentes origens mineralógicas do estado do Rio Grande do Sul empregadas como agregado mineral para a confecção de mistu-ras de concreto asfáltico. Essas sendo enquadradas nas faixas B e C do DNIT, sendo 3 mistumistu-ras para cada faixa com variações de teor de ligante. Utilizou-se CAP 50-70 para as misturas em todas as rochas, sendo que para uma das rochas, também, foi empregado asfalto modi>icado por
Na Figura 1 encontra-se a localização das cidades de origem dos agregados da pesquisa e suas regiões geomorfológicas. Para caracterização dos agregados (Tabela 1) foram utilizados os seguintes ensaios normatizados: Absorção (DNER-ME 195/97 e NBR 30/2001); Massa espe-cı́>ica (DNER-ME 195/97); Sanidade (DNER-ME 089/94) e Perda a abrasão LA (DNER-ME 035/98).
Figura 1. Localização das cidades de origem dos agregados da pesquisa
Tabela 1 – Resumo das características de cada rocha da pesquisa Classificação petrográfica Agregado Absorção (%) Massa Específica real (g/cm³) Perda por abrasão (%) Sanidade (%)
Santo Ant. da Patrulha Diabásio Graúdo 0,978 2,825 9,88 3,47
Miúdo 0,864 2,696 --- ---
Itaara Riodacito Graúdo 3,126 2,658 10,67 1,521
Miúdo 3,551 2,569 ---- ---
Sarandi Diabásio Graúdo 1,683 2,995 16,87 1,22
Miúdo 1,906 2,965 --- ---
Eldorado do Sul Metasieno
Granito Graúdo 0,624 2,633 21,3 0,636 Miúdo 0,634 2,501 ---- --- Pelotas Sieno Granito Graúdo 1,187 2,638 21,30 10,7 Miúdo --- 2,662 --- ---
Caçapava do Sul Mármore
Dolomí/co
Graúdo 0,429 2,839 14,79 4,32
Miúdo 0,566 2,831 --- ---
A caracterização dos ligantes utilizados na pesquisa, CAP 50-70 e AMP 60/85-E SBS, está indicada na Tabela 2. Os ensaios do CAP 50-70 foram realizados pelos autores e do AMP 60/85-E-SBS por Bohn (2017).
Tabela 2 – Caracterização dos ligantes
CAP 50-70 AMP 60/85-E-SBS PROPRIEDADE Norma Limites Resultado Limites Resultado
Penetração (0,1mm) NBR 6576:2007 50 a 70 62 40 a 70 65 Ponto de Amol. (°C) NBR 6560:2016 ≥ 46 48 ≥ 60 64 Viscosidade Brookfield 135°C (Pa.s) NBR 15184:2004 ≥ 274 335 ≤ 3.000,0 1247 Viscosidade Brookfield 150°C (Pa.s) NBR 15184:2004 ≥ 112 160 ≤ 2.000,0 659 Viscosidade Brookfield 177°C (Pa.s) NBR 15184:2004 57 a 285 65 ≤ 1.000,0 240 Recuperação elás/ca (%) NBR 15086:2006 --- --- ≥ 85 86,5 Ponto de Fulgor (°C) NBR 11341:2014 235 min --- 235 min 235 min
Densidade rela/va NBR 6296:2012 --- 1,005 --- 1,011
2.1. Dosagens e preparação das misturas
Nesta pesquisa optou-se pela dosagem Marshall (DNER – ME 043/95) para melhor reproduzir a metodologia de dosagem aplicada na prática, com o emprego do Rice Test (NBR 15619:2016) na determinação da massa especı́>ica máxima teórica. Além disso, utilização da norma ABNT NBR16273:2014 para os cálculos das propriedades volumétricas dos concretos asfálticos. Os dados das misturas podem ser vistos na Tabela 3, onde: Pba é a absorção de asfalto pelo agregado, sendo a razão entre a massa de ligante asfáltico absorvida pelo agregado e a massa total dos agregados, expressa em porcentagem (ABNT NBR16273:2014); Absorção ponderada é a absorção da mistura calculada através das proporções de agregado graúdo e miúdo na mistura.
Todos os agregados foram separados por peneira no laboratório, possibilitando que todas as misturas >icassem no centro da faixa B e C do DNIT (Figura 2).
Como critério de dosagem foi escolhido o método sugerido por Ceratti e Reis (2011), no qual é obtido o teor de ligante mediante um método grá>ico a partir dos valores de Vv e RBV em função do teor de ligante dos CPs.
a) b)
Figura 2. Composição granulométrica – Faixa B (a) e Faixa C (b) do DNIT 031/2006 - ES
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,05 0,5 5 50 R et id o ( % ) P as sa n te ( % ) Abertura da peneira (mm) Projeto Limites 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,05 0,5 5 50 R et id o ( % ) P as sa n te ( % ) Abertura da peneira (mm) Projeto Limites
Para cada rocha foram realizadas 2 dosagens, uma para a faixa B e uma para a faixa C do DNIT (Tabela 3). Foram realizadas 3 misturas para cada faixa, uma no teor de projeto, uma com redução de 0,5% e outra com adição de 0,5% do teor de ligante. De cada mistura foram confeccionadas 5 amostras com cerca de 600g, capacidade da centrı́fuga disponı́vel para a pesquisa. Assim, as quantidades totais de amostras foram: 14 dosagens; 42 misturas (21 para cada faixa); totalizando 210 amostras, ou seja, 210 extrações seguidas de 210 análises granulométricas.
Tabela 3 – Resumos dos dados de dosagem (CAP 50-70 e AMP 60/85-E SBS) Origem e
Classificação petrográfica Faixa Gmm2 Gse4 Gsb4
Absorção Ponderada3 (%) Vv (%) RBV (%) E (N) Pba4 (%) Teor de Projeto (%) Santo Ant. da Patrulha
Diabásio
B 2,540 2,732 2,717 0,91 3,4 77 1.050 0,20 4,90
C 2,525 2,686 2,682 0,89 4,0 78 900 0,06 5,30
Santo Ant. da Patrulha1
Diabásio B 2,538 2,732 2,717 0,91 3,4 77 1.100 0,20 4,80 C 2,517 2,686 2,682 0,89 4,0 78 920 0,06 5,00 Itaara Riodacito B 2,365 2,565 2,523 3,38 4,1 78 1.250 0,65 5,90 C 2,335 2,567 2,546 3,47 4,3 77 1.100 0,32 7,00 Sarandi Diabásio B 2,655 2,878 2,845 1,82 3,7 76 1.450 0,41 5,10 C 2,635 2,864 2,848 1,86 3,7 79 1.200 0,20 5,50 Eldorado Metasieno Granito B 2,397 2,641 2,632 0,63 3,5 78 1.050 0,13 5,40 C 2,390 2,638 2,633 0,63 3,7 76 1.150 0,07 5,70 Pelotas Sieno Granito B 2,425 2,589 2,586 1,19 3,5 78 1.300 0,05 5,30 C 2,385 2,577 2,575 1,20 3,5 78 980 0,03 5,70 Caçapava Mármore Dolomí/co B 2,620 2,779 2,774 0,51 3,5 77 950 0,07 5,10 C 2,595 2,772 2,770 0,53 3,4 80 850 0,03 4,80
1Misturas com AMP 60/85-E SBS
2Densidade máxima medida ob/da pelo Rice Test (ABNT NBR 15619:2016)
3Rela/va às porcentagens de agregado graúdo e miúdo, conforme valores da Tabela 1 4Propriedades volumétricas ob/das através da norma ABNT NBR16273:2014
Realizou-se uma única mistura em um misturador mecânico para cada traço proposto, assim, as 5 amostras de uma mesma mistura foram retiradas de uma única batelada. Ressalta-se que as misturas foram realizadas em ambiente laboratorial totalmente controlado. As amostras foram coletadas em bandejas direto do misturador, sem qualquer compactação.
2.2. Método de extração com a centrífuga e análise granulométrica
Os ensaios de extração foram realizados somente com o modelo de centrı́fuga elétrica, conhecida por Rotarex, e seguindo as indicações da norma DNER-ME 053/94. Este ensaio é baseado nas normas norte americanas ASTM D2172-75 e AASHTO 164-86, que contemplam diversos extratores com base em solventes. Na norma DNER-ME 053/94 são encontrados detalhes necessários para o ensaio: temperaturas para devida preparação das amostras; tipos de solvente para diferentes tipos de ligante (alguns desses solventes não são mais disponı́veis ou são de difı́cil acesso no mercado); detalhes quanto ao manuseio da amostra antes e depois do ensaio e equação para aferição do teor de ligante na mistura asfáltica.
O solvente utilizado foi o tricloroetileno, fornecido comercialmente como Solver 87 pela empresa LM Quı́mica Industrial Ltda. de Alvorada - RS. O tricloroetileno é frequentemente utilizado por laboratórios em substituição ao tetracloreto de carbono da DNER-ME 053/94 e é um dos solventes indicados nas normas ASTM D2172 de 2017 e pela norma do extrator soxhlet DNIT 158/2011-ME. A análise granulométrica (DNER-ME 083/98) foi realizada com as amostras secas após extração de ligante.
Após a coleta, as amostras >icaram em temperatura ambiente até o ensaio no dia seguinte ao processo de mistura. No dia da extração de ligante, as amostras >icaram 1 hora em estufa à 110°C para destorroamento (média da faixa de temperatura indicada na DNER-ME 053/94). Logo após, as amostras foram destorroadas e pesadas no prato da centrı́fuga. Posteriormente a pesagem, o material foi coberto totalmente por solvente e, após 15min, a centrı́fuga foi fechada já com o papel >iltro. A centrifugação iniciou-se e, assim que o solvente previamente colocado na amostra tivesse sido totalmente extraı́do, foi adicionado mais 200ml do diluente, em passos idênticos, até que o solvente saı́sse lı́mpido, exatamente como preconizado pela norma DNER 053/94. Não foi realizada inspeção visual sobre a amostra acondicionada no equipamento durante o ensaio a >im de seguir exatamente a metodologia corrente no Brasil.
Iniciada a centrifugação, nas condições mencionadas anteriormente, fez-se uma inspeção visual em cada uma das amostras. Nessas observou-se, em alguns casos, a presença de material pétreo mais escurecido, demonstrando uma possı́vel tendência de extração incompleta do ligante. Como essa inspeção não é parte da metodologia normatizada, as amostras não passaram por nova centrifugação. Logo, uma vez que se buscou a implementação do processo de controle de teor de ligante e granulometria idêntico ao estado da prática, empregando-se como critério de parada do ensaio a cor do solvente idêntica à original. Os efeitos decorrentes desse critério de parada con>iguram-se como objetivos deste trabalho.
O material resultante com >iltro do ensaio de extração foi levado à estufa por 24h até constância de massa, em uma temperatura de 90°C, média indicada por norma. Utilizou-se dos dados obtidos “peso do betume extraı́do” e “peso da amostra total” para o cálculo de “P”, sendo P a porcentagem de ligante asfáltico. Com a amostra já seca foi realizada a análise granulométrica para cada amostra.
2.3. Análise dos dados
Os resultados de teor de ligante e granulometria passaram pelo processo de análise de variância (ANOVA) a partir dos dados de erro absoluto médio (EAM), que é a diferença entre o valor medido e o valor real. Ressalta-se que o limite de variação de teor de ligante de 0,3% do Manual do DNIT é um limite de erro absoluto (DNIT, 2006). Assim, foi escolhida a ANOVA, um teste de signi>icância baseado na tabela de distribuição F, por ser adequada à matriz do trabalho, com todas as análises utilizando 95% de con>iabilidade. Deste modo, quando o valor P for menor que 0,005 (5%) o fator estudado é signi>icativo nos resultados.
Os parâmetros Gmm, absorção ponderada, abrasão LA, sanidade e asfalto absorvido passaram por análise de correlação de Pearson aos dados de EAM, com a >inalidade de encontrar algum grau de associação entre esses e o erro absoluto dos dados de teor de ligante da centrı́fuga.
Sequencialmente, foi utilizado o número de Vogt, um método para determinação da superfı́cie especı́>ica de curvas granulométricas, para melhor descrever a granulometria antes e após extração. Assim, não se concentrando somente nas curvas, optou-se por analisar a superfı́cie especı́>ica das amostras por serem alusivas à maior ou menor >inura resultante da distribuição da granulometria.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1. Teor de ligante
Na Tabela 4 são apresentados os dados médios de teor de ligante obtidos com a centrı́fuga Rotarex. Os dados foram organizados por diferentes faixas granulométricas, diferentes rochas e diferentes teores. Os valores em vermelho extrapolaram o limite de 0,3% para variação na produção de teor de ligante requerido pelo DNIT para concretos asfálticos, ou seja, esses valores provocariam conclusões equivocadas no controle tecnológico por ter dispersão e erro absoluto maiores do que esse limite. Os dados gerados pela metodologia deveriam apresentar no mı́nimo valores com dispersão e erro absoluto abaixo de 0,3%. Por exemplo, a mistura Sarandi faixa B com 4,60% de teor de ligante (produzida com 0,5% abaixo do teor de referência 5,10%) apresentou média >inal na extração de 5,15% e equivocadamente a mistura seria aprovada, mesmo sendo confeccionada com teor baixo. Além disso, os valores elevados de desvio padrão conjunto ao erro absoluto demonstram que não há garantia de que o teor médio encontrado seja representativo da mistura ensaiada.
Tabela 4 – Médias de 5 determinações de teor de ligante
Faixa B Faixa C Origem e classificação petrográfica Ligante Teor real da mistura (%) Teor da extração (%) σ¹ EAM² Teor real da mistura (%) Teor da extração (%) σ¹ EAM²
Santo Ant. da Patrulha
(Diabásio) CAP 50/70 4,40 5,23 0,52 0,83 4,80 6,09 0,38 1,29 4,90 5,41 0,48 0,51 5,30¹ 6,11 0,09 0,81 5,40 4,98 0,32 -0,42 5,80 6,07 0,29 0,27
Santo Ant. da Patrulha²
(Diabásio) AMP 60-85 4,30 4,82 0,41 0,52 4,50 5,37 0,13 0,87 4,80 5,00 0,17 0,20 5,00¹ 5,31 0,30 0,31 5,30 4,35 0,36 -0,95 5,50 5,99 0,28 0,49 Itaara (Riodacito) CAP 50/70 5,40 5,87 0,25 0,47 6,50 6,58 0,35 0,08 5,90 6,12 0,75 0,22 7,00¹ 6,93 0,26 -0,07 6,40 6,16 0,36 -0,24 7,50 7,39 0,47 -0,11 Sarandi (Diabásio) CAP 50/70 4,60 5,15 0,43 0,55 5,00 5,36 0,51 0,36 5,10 5,44 0,56 0,34 5,50¹ 5,74 0,51 0,24 5,60 5,17 0,75 -0,43 6,00 5,82 0,62 -0,18 Eldorado (Metasieno Granito) CAP 50/70 4,90 5,15 0,35 0,25 5,20 5,60 0,20 0,40 5,40 5,20 0,17 -0,20 5,70¹ 5,95 0,48 0,25 5,90 5,31 0,29 -0,59 6,20 6,16 0,52 -0,04 Pelotas (Sieno Granito) CAP 50/70 4,80 5,16 0,73 0,36 5,20 5,49 0,18 0,29 5,30 5,25 0,53 -0,05 5,70¹ 5,90 0,22 0,20 5,80 5,62 0,49 -0,18 6,20 6,41 0,29 0,21 Caçapava (Mármore Dolomí/co) CAP 50/70 4,60 4,99 0,30 0,39 4,30 5,22 0,10 0,92 5,10 5,10 0,42 0,00 4,80¹ 6,01 0,22 1,21 5,60 5,36 0,49 -0,24 5,30 6,20 0,64 0,90 ¹Desvio padrão
²Erro absoluto médio: diferença entre “Teor da extração” e “Teor da mistura”
³Valores em vermelho demonstram que os dados gerados pela centrífuga extrapolam o limite de 0,3% de variação de teor de ligante na produção, assim, gerando conclusões equivocadas no controle tecnológico.
Então, optou-se por não excluir amostras para que o trabalho chegasse a resultados que re>letissem a metodologia. Das 42 misturas, somente 14 misturas apresentaram desvio padrão abaixo de 0,3% e 21 misturas com EAM abaixo desse mesmo valor. O EAM da centrı́fuga tem origem em alguns fatos que se sobrepõe: a perda de material >ino conjunto ao ligante durante a centrifugação (provocando o erro com valor positivo quando ocorre em excesso); a ine>icácia da extração total de ligante (provocando o erro negativo quando existe excesso de ligante) e a
Deve-se ressaltar que as amostras foram confeccionadas com 600g e que erros de apenas 1g, por exemplo, são su>icientes para variar o teor de ligante em quase 0,20%. Isso signi>ica que 1g de sensibilidade é um valor muito baixo para um ensaio rudimentar, do qual apresenta condição de término baseada unicamente na avaliação visual do operador. A metodologia também é aberta a inúmeros erros durante a operação, tais como quantidades diferentes de solvente por amostra, tempo de centrifugação não >ixado, perda de material passante na nº200, asfalto absorvido não extraı́do, etc.
A baixa qualidade dos resultados da extratora centrı́fuga é assinalada por diversos autores e observada em nota dentro da norma norte-americana ASTM D2172. Nela, também, são demonstrados dados médios históricos da AASHTO de desvio padrão e diferença entre extrações consecutivas das agências e laboratórios quali>icados pela ASTM D3666: desvio padrão de 0,21% e diferença entre ensaios consecutivos de 0,59% para agregados com absorção menor que 1,25%, e desvio padrão de 0,30% e diferença entre ensaios consecutivos de 0,85% para absorção maior que 2,5%. Mas, estes dados também são elevados e a norma não dá garantia que mesmo estes laboratórios gerem dados de qualidade com essa metodologia por reconhecer que esses métodos são falhos (Traxler, 1967; Petersen et al., 1974; Petersen, 1982; Petersen, 2000; ASTM, 2017). Recordando que os dados da Tabela 4 são médias de 5 extrações consecutivas e que nenhum dado foi expurgado, procurando mostrar a realidade da metodologia. As extrações com a Faixa C apresentaram os menores valores de desvio padrão, diferentemente da faixa B que somente 5 misturas >icaram abaixo de 0,30% de desvio padrão.
Figura 3. Erro absoluto médio – Teor de ligante - Faixa B
Figura 4. Erro absoluto médio – Teor de ligante - Faixa C
Santo Ant.
da Patrulha Itaara Sarandi
Eldorado do Sul Pelotas Caçapava do Sul TP -0,5% 0,83 0,47 0,55 0,25 0,36 0,39 TP 0,51 0,22 0,34 -0,20 -0,05 0,00 TP +0,5% -0,42 -0,24 -0,43 -0,59 -0,18 -0,24 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 E A M ( % ) Santo Ant. da Patrulha
Itaara Sarandi Eldorado
do Sul Pelotas Caçapava do Sul TP -0,5% 1,29 0,08 0,36 0,40 0,29 0,92 TP 0,81 -0,07 0,24 0,25 0,20 1,21 TP +0,5% 0,27 -0,11 -0,18 -0,04 0,21 0,90 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 E A M ( % )
O segundo ponto a ser destacado foi o padrão encontrado no EAM dos resultados de teor de ligante. Nos grá>icos das Figura 3 e Figura 4 observa-se que o teor de ligante da mistura e o EAM mostraram-se inversamente proporcionais, com únicas exceções das misturas na Faixa C de Caçapava do Sul e Pelotas, todas com EAM positivos. Nas condições de contorno do presente estudo, observa-se a impossibilidade da centrı́fuga indicar uma variação real de teor de ligante de uma mistura, visto que seus resultados >inais se mostraram inversos à real variação de teor empregado nas misturas.
O EAM da centrı́fuga não se mostrou constante diante das variações de teor de ligante das misturas, logo, um valor único de calibração obtido através desse erro para uma dada mistura não seria capaz de corrigir o valor de erro em caso de variação. Ao utilizar os valores da Tabela 4, nas misturas da faixa C de Sarandi, o valor de calibração seria -0,24%, baseado no EAM da mistura com teor de projeto (5,50%), por exemplo. Aplicando este valor de -0,24% na mistura TP +0,5% de Sarandi (6,00%), indicaria um teor de 5,58% (valor médio obtido de 5,82% descontando os 0,24% da calibração). O valor de 5,58% de teor de ligante geraria uma conclusão errônea de que a mistura estaria somente 0,08% fora do projeto, sendo que na realidade ela está 0,50% acima do teor projetado.
Ainda, foi aplicada ANOVA nos dados de teor de ligante e granulometria. Esta análise foi aplicada com intuito de avaliar se haveria ou não a in>luência signi>icativa dos diversos fatores nos dados >inais de teor de ligante obtidos com a centrı́fuga.
Como supramencionado, as misturas foram preparadas com diferentes teores de ligante, duas faixas granulométricas faixa B e C, uso de 6 diferentes rochas e 2 tipos de ligante. O nı́vel de 95% de con>iabilidade foi utilizado em todas as avaliações, logo, se o valor-p≤0,05, haverá con>irmação de in>luência signi>icativa do parâmetro avaliado nos dados.
A ANOVA do EAM na obtenção de teor de ligante (Tabela 5) mostrou que o EAM é apenas insensı́vel ao tipo de agregado empregado na faixa B do DNIT. Entretanto, o restante das variações se mostrou signi>icativas nos resultados >inais de EAM da centrı́fuga, para ambas faixas utilizadas no trabalho. Em outras palavras, o EAM é sensı́vel aos parâmetros: tipo de rocha, teor de ligante, tipo de ligante e faixa granulométrica. Esse é um fato preocupante, já que a principal função da centrı́fuga é ser aplicada como ferramenta no controle tecnológico, logo, seus dados deveriam ter se mostrado com maior isenção de in>luências dessas variações nas misturas.
Tabela 5 – ANOVA aplicado ao EAM de obtenção de teor de ligante - 95% de confiabilidade
Geral Faixa B Faixa C
gl F valor-p Sig. gl F valor-p Sig. gl F valor-p Sig.
Rochas 5 5,886 0,000 S 5 1,342 0,257 N 5 13,552 0,000 S
Teor de ligante 2 23,148 0,000 S 2 17,624 0,000 S 2 6,088 0,004 S
Tipo de Ligante 1 5,457 0,023 S 1 26,091 0,000 S 1 4,766 0,039 S
Faixa 1 13,714 0,000 S
onde: gl – graus de liberdade dos grupos (k-1)
F – razão entre a variância entre os grupos pela variância dentro dos grupos na distribuição F valor-p – probabilidade de significância
Sig – Significância (S) ou não significância (N) do fator testado
Regressão linear foi aplicada nos dados de obtenção de teor de ligante em função do teor realmente empregado nas misturas (Figura 5). Devido à alta dispersão dos resultados, o valor de R² >icou em somente 0,56, valor considerado baixo e que demonstra a baixa acurácia e precisão dos dados de teor de ligante obtidos com a centrı́fuga.
Seguindo a análise estatı́stica, na tabela 6, observa-se que não há uma correlação considerável entre as propriedades testadas das rochas e misturas com o EAM de teor de ligante encontrado, sendo de muito fraca a desprezı́vel pela análise de correlação de Pearson. O coe>iciente ρ da correlação de Pearson indica o grau e direção de correlação entre duas variáveis, com o intervalo de +1 a -1.
Figura 5. Regressão linear dos dados médios de obtenção de teor de ligante
Tabela 6 – Análise de correlação de Pearson entre propriedades das rochas e misturas e o EAM de teor de ligante Parâmetro ρ Correlação
Gmm 0,189 Muito fraca Absorção ponderada -0,168 Muito fraca Abrasão LA -0,183 Muito fraca Sanidade 0,057 Desprezível Asfalto absorvido -0.157 Muito fraca
Na Tabela 6 foi visto que não há correlação entre Gmm, absorção ponderada, abrasão LA, sanidade ou asfalto absorvido com o EAM, mas na Tabela 5 o uso de diferentes rochas se mostra signi>icativo no EAM do teor de ligante. Essa signi>icância provavelmente é ligada a outras propriedades das rochas que não foram avaliadas no presente estudo, como nı́vel de acidez, ligada à adesividade entre rocha e ligante, lamelaridade, ligada a superfı́cie especı́>ica dos agregados, etc.
3.2. Análise Granulométrica
São apresentadas as análises granulométricas das faixas B e C (Tabela 7 e Tabela 8) onde >ica patente a quantidade de misturas que estariam indicadas erroneamente fora dos limites de trabalho (dados em vermelho). Todas as misturas foram concebidas com a mesma granulometria no centro da sua respetiva faixa, como supracitado.
Teor real = 0,88*Teor extração + 0,43 R² = 0,56 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 T e o r re a l (% ) Teor extração (%)
Tabela 7 – Análise granulométrica – Passante (%) – Faixa B Peneira 1 ½” 1" 3/4" 3/8" n° 4 n°10 n°40 n°80 n°200 Vogt (m²/kg) (mm) 38,1 25,4 19,1 9,5 4,8 2 0,42 0,18 0,075 Projeto (%) 100 97,5 90 62,5 44 32,5 21 14 5,5 1130 Limites (%) ±7,0 ±7,0 ±7,0 ±7,0 ±5,0 ±5,0 ±5,0 ±3,0 ±2,0 ---- Santo Ant. da Patrulha (Diabásio) 4,40 100,0 94,6 90,7 68,9 49,7 35,1 21,5 15,1 5,9 1136 4,90¹ 100,0 98,3 87,0 57,5 38,8 28,1 17,5 12,2 4,5 895 5,40 100,0 93,7 84,5 46,7 29,6 21,0 13,1 9,5 3,7 708 Santo Ant. da Patrulha² (Diabásio) 4,30 100,0 97,8 90,0 62,2 43,6 29,7 18,8 13,4 5,6 1049 4,80¹ 100,0 97,7 89,1 59,5 40,7 27,0 16,9 12,0 4,8 921 5,30 100,0 92,4 86,5 55,4 37,1 25,3 15,7 11,0 4,4 851 Itaara (Riodacito) 5,40 100,0 96,9 92,1 66,5 47,6 34,5 20,8 16,1 5,6 1049 5,90¹ 100,0 98,2 94,4 63,5 42,1 29,4 17,0 12,4 3,9 921 6,40 100,0 96,0 88,2 53,1 34,7 25,0 14,5 11,0 3,5 851 Sarandi (Diabásio) 4,60 100,0 96,5 87,1 58,6 38,0 27,6 15,8 11,5 4,1 1107 5,10¹ 100,0 93,0 87,0 52,5 32,6 23,5 13,2 9,4 3,3 806 5,60 100,0 96,0 82,8 40,1 26,5 19,2 10,9 7,6 2,6 713 Eldorado (Metasieno Granito) 4,90 100,0 97,0 92,5 69,2 43,3 30,3 20,1 13,1 5,4 800 5,40¹ 100,0 95,7 85,6 59,8 37,1 25,5 16,6 10,7 4,5 668 5,90 100,0 99,2 90,7 61,1 37,3 25,6 16,5 10,6 4,3 541 Pelotas (Sieno Granito) 4,80 100,0 97,3 88,9 49,4 32,7 23,1 13,0 8,8 3,3 1031 5,30¹ 100,0 96,4 78,8 44,3 29,2 20,7 11,1 7,3 2,3 851 5,80 100,0 91,5 79,2 43,9 28,2 18,7 10,2 6,7 2,3 814 Caçapava (Mármore Dolomí/co) 4,60 100,0 96,2 86,9 57,2 36,5 27,7 17,9 12,0 5,7 648 5,10¹ 100,0 96,3 85,7 52,2 32,9 24,6 15,7 10,8 5,0 506 5,60 100,0 89,1 68,8 37,2 24,3 18,7 11,8 7,9 3,6 486
¹Misturas com teor de projeto ²Misturas com AMP 60/85-E SBS
Tabela 8 – Análise granulométrica – Passante (%) – Faixa C
Peneira 3/4" 1/2" 3/8" n° 4 n°10 n°40 n°80 n°200 Vogt (m²/kg) (mm) 19,1 12,7 9,5 4,8 2 0,42 0,18 0,075 Projeto (%) 100,0 90,0 80,0 58,0 36,0 17,0 10,0 6,0 1040 Limites (%) ±7,0 ±7,0 ±7,0 ±5,0 ±5,0 ±5,0 ±3,0 ±2,0 ---- Santo Ant. da Patrulha (Diabásio) 4,40 100,0 87,4 83,8 63,3 33,4 15,1 10,4 5,6 988 4,90¹ 100,0 83,2 77,4 54,9 29,4 13,6 9,6 5,3 921 5,40 100,0 78,1 70,5 47,4 25,1 11,5 8,1 4,3 761 Santo Ant. da Patrulha² (Diabásio) 4,30 100,0 85,2 75,5 52,3 29,4 13,7 9,2 4,5 829 4,80¹ 100,0 85,0 76,6 52,2 27,1 12,6 8,2 3,7 712 5,30 100,0 82,5 73,3 50,9 27,5 12,5 7,9 3,9 716 Itaara (Riodacito) 5,40 100,0 88,6 78,7 59,0 37,0 16,4 12,1 5,6 829 5,90¹ 100,0 87,8 76,7 54,2 33,9 15,1 10,9 4,8 712 6,40 100,0 80,6 69,7 49,5 30,2 13,0 9,4 4,2 716 Sarandi (Diabásio) 4,60 100,0 88,0 76,5 52,1 28,2 12,2 7,9 4,0 1024 5,10¹ 100,0 83,9 73,4 49,9 26,5 10,8 6,6 3,0 913 5,60 100,0 83,5 71,3 46,8 25,1 10,1 6,4 3,0 789 Eldorado (Metasieno Granito) 4,90 100,0 87,3 76,6 54,2 32,0 14,9 9,3 5,4 727 5,40¹ 100,0 88,5 76,7 54,1 31,2 13,6 8,6 4,7 594 5,90 100,0 90,7 78,3 55,3 31,0 13,5 8,3 4,4 570 Pelotas (Sieno Granito) 4,80 100,0 82,9 71,1 46,4 29,0 11,6 7,1 3,4 943 5,30¹ 100,0 84,6 75,3 51,5 30,6 11,8 7,2 3,5 846 5,80 100,0 77,4 63,3 41,5 25,1 9,3 5,6 2,6 819 Caçapava (Mármore Dolomí/co) 4,60 100,0 80,8 69,9 46,5 29,9 14,0 8,7 5,1 655 5,10¹ 100,0 77,9 65,9 42,5 27,5 12,5 7,7 4,3 664 5,60 100,0 77,3 65,5 44,0 27,8 12,6 7,7 4,2 519
¹Misturas com teor de projeto
As curvas médias de Santo Antônio da Patrulha, exempli>icadas na Figura 6.a e Figura 6.b, mostram o comportamento tı́pico dos dados da centrı́fuga encontrados nas diferentes rochas nos 3 teores aplicados. Nestas curvas, a medida que o teor de ligante se eleva, diminui-se a e>iciência da extração, proporcionando curvas mais grossas. Esse comportamento pode ser visto com a diminuição dos valores de superfı́cie especı́>ica, demonstradas através do EAM do número de Vogt (Figura 6.c e Figura 6.d), sendo esta uma metodologia de cálculo de superfı́cie especı́>ica. Ainda, nota-se que todas as misturas apresentaram valores de superfı́cie especı́>ica abaixo do valor de projeto.
O comportamento relatado se mostra condizente com o que foi visto na análise realizada para a obtenção do teor de ligante, já que o ligante não extraı́do acabou por distorcer as curvas granulométricas por ainda haver aglutinamento de partı́culas de agregados. Estes aglomerados de partı́culas com ligante acabaram por se depositar em peneiras mais grossas erroneamente (Figura 7) a ponto de deslocar as curvas para fora do limite de trabalho nas misturas com maior quantidade de ligante.
a) St. Antônio da Patrulha - Faixa B
c)
b) St. Antônio da Patrulha - Faixa C
d)
Figura 6. Curvas médias por teor de ligante faixa B (a) e C (b) e EAM do Vogt por mistura faixa B (c) e C (d)
A combinação dos equı́vocos no controle de teor de ligante e granulometria acabaria por distorcer totalmente o controle tecnológico. Uma mistura com teor de ligante superior em 0,5% daquele de projeto apresentaria um teor de controle tecnológico aparentemente próximo ao
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0,05 0,5 5 50 R et id o ( % ) P as sa n te ( % ) Abertura da peneira (mm) Teor de Projeto -0,5% Teor de Projeto Teor de Projeto +0,5% Projeto -700 -600 -500 -400 -300 -200 -1000 100 E A M ( m ²/ k g ) TP -0,5% TP TP +0,5% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0,05 0,5 5 50 R et id o ( % ) P as sa n te ( % ) Abertura da peneira (mm) Teor de Projeto -0,5% Teor de Projeto Teor de Projeto +0,5% Projeto -700 -600 -500 -400 -300 -200 -1000 100 E A M ( m ²/ k g ) TP -0,5% TP TP +0,5%
teor de projeto, Por exemplo. Porém sua curva granulométrica poderia se apresentar próxima ao limite de trabalho, avaliando positivamente uma mistura que na realidade está fora do teor de projeto, mas com uma correta granulometria.
Figura 7. Exemplos de material acumulado na peneira 3/8”
A Tabela 9 apresenta a ANOVA aplicada aos dados de EAM da granulometria nas faixas B e C utilizadas no trabalho. Tanto na faixa B quanto na C, a centrı́fuga se mostra in>luenciada diretamente pela variação de rochas, teor de ligante e tipo de ligante. Assim como ocorrera na análise de variância do teor de ligante, deve-se reforçar que a centrı́fuga deveria ter apresentado resultados menos sensı́veis às variações impostas neste estudo, a >im de que conseguisse trazer maior credibilidade ao controle tecnológico de misturas asfálticas, reproduzindo >idedignamente os parâmetros elementares deste material.
Tabela 9 – ANOVA aplicado ao EAM dos dados de granulometria – Comparação entre faixas
Faixa B Faixa C
gl F p Sig.¹ F p Sig.¹
Rochas 5 12,841 0,000 S 8,576 0,000 S
Teor de ligante 2 25,276 0,000 S 17,187 0,000 S
Tipo de ligante 1 5,636 0,023 S 14,476 0,001 S
¹Distribuição F com 5% de significância
4. CONCLUSÕES
Dentre as principais conclusões da pesquisa, destacam-se:
• Os teores de ligante obtidos através da centrı́fuga nessa pesquisa revelaram uma baixa
con>iabilidade. Os valores de desvio padrão e erro absoluto médio extrapolaram o limite de 0,3% de variação de teor de ligante do DNIT para produção de concretos asfálticos, colocando em dúvida a centrı́fuga como metodologia a ser utilizada em controle de produção e qualidade. O erro absoluto médio da obtenção de teor de ligante se mostrou inversamente proporcional ao teor empregado na mistura, impossibilitando um fator de correção para calibração. Esses erros da centrı́fuga e a alta dispersão estão diretamente ligados à sua extração ine>iciente do ligante asfáltico com uma alta sensibilidade dos seus dados;
• A análise granulométrica foi igualmente in>luenciada pela extração incompleta do
ligante pela centrı́fuga, onde o acúmulo de material >ino junto ao ligante não extraı́do em peneiras mais grossas provocou distorções nas curvas granulométricas. Em várias misturas as curvas extrapolaram equivocadamente os limites de trabalho.
Frente aos avanços tecnológicos em dosagem de concretos asfálticos e acompanhando o novo método de dimensionamento de pavimentos no Brasil, deve-se buscar uma metodologia e>icaz e con>iável para garantiar que todo o empenho na fase de projeto seja aplicado e garantido em pista. Essa garantia só é possı́vel com um controle tecnológico condizente com esses avanços.
Portanto, a norma DNER-ME 053/94, ao ser empregada como descrito em sua metodologia, dentro da ampla matriz fatorial avaliada neste estudo, mostrou-se ine>iciente para a determinação de teor de ligante e granulometria. Esses sendo parâmetros essenciais à garantia de adequado desempenho dos revestimentos asfálticos em campo.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPERGS, CAPES e CNPQ pelas bolsas e à ANP/PETROBRAS pelo suporte >inanceiro que possibilitou a infraestrutura laboratorial, no âmbito da Rede Temática do Asfalto.
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